KR101103490B1 - 스크롤 유체기계 - Google Patents

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황부석
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(주)리치스톤
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Abstract

본 발명은 편심축의 자전 방지 기구를 구성하는 부품의 접동(摺動) 손실을 저감 시키고, 마모나 손상, 접동음을 저감시킬 수 있는 스크롤 유체기계에 관한 것이다. 편심축(9)이 자전하지 않도록 하기 위한 자전 방지 기구로서, 편심축(9)의 끝부에 마련된 긴 형상의 선회 키(旋回 Key)(11)와, 선회 키(11)가 접동하는 긴 형상의 구멍(12a) 및 이 구멍(12a)의 긴 쪽 방향과 직교하는 방향으로 바깥쪽 및 양쪽으로 뻗은 링 키(12b)를 갖는 링(12)과, 케이싱(1)에 설치되어, 링 키(12b)가 접동하는 2개의 키 홈(Key groove)(13)을 갖는다.

Description

스크롤 유체기계 {SCROLL FLUID MACHINE}
본 발명은 공기 압축기, 진공 펌프, 냉매 가스 압축기, 산소 흡입기용 압축기, 에너지 회수나 온도 차 발전 등에 사용되는 팽창기 등의 스크롤 유체기계에 관한 것이다.
하기 특허 문헌 1의 스크롤 유체기계는, 회전축 안에 관통해서 설치된 편심 구멍(偏心穴)에 베어링을 통해서 장착된 편심축과, 편심축의 자전을 방지하는 자전 방지 기구를 갖는다. 편심축의 자전 방지 기구는 케이싱에 고정된 테두리 형상의 지지 부재(支持部材)와, 이 지지 부재로 접동(摺動) 가능하게 지지 되어져서, 긴 쪽 방향이 접동 방향과 직교하는 방향인 긴 형상의 구멍이 설치된 이동판(移動板)을 갖는다. 또한, 편심축 끝부의 양쪽에 새김 눈 면(面)을 설치하고 있고, 이 양쪽의 새김 눈 면을 상기 구멍의 긴 쪽 방향의 면과 계합(係合) 시키고 있다.
[문헌 1] JP-P-3540244호 공보
특허문헌 1에서는, 이동판의 접동(摺動) 방향과 직교하는 방향의 폭을 좁게 하는 것이 어렵고, 접동 방향과 동일 방향의 길이를 길게 하는 것이 어렵다. 즉 이동판의 길이를 길게 하는 것이 어렵기 때문에, 자전 토크(自轉 torque)에 의한 키(key) 하중이 크고, 긁힘이나 접동부의 마모의 원인이 되기 쉽다. 또한, 이동판의 상기 폭을 좁게 하는 것이 어렵기 때문에, 좌우의 접동 저항에 언밸런스(unbalance)가 생겼을 때 이동판을 회전시키는 것과 같은 모멘트(moment)가 작용한다. 이러한 모멘트의 작용에 의하여 이동판의 접동이 매끄럽지 못하고 삐걱거리기 쉽다. 게다가 편심축 끝부의 새김 눈 면의 접동 방향의 길이를 길게 하기가 어렵기 때문에, 자전 토크에 의한 키 하중이 과대(過大) 해져서, 긁힘이나 마모가 발생하기 쉽다. 또한, 키(key)와 키 홈(key溝) 사이의 틈에 의한 회전각이 커져서, 고정 스크롤과 선회 스크롤의 랩의 위상을 정확하게 유지하기가 어렵다. 이는 랩 접촉에 의한 소음이나 긁힘의 원인이 되어, 성능도 저하한다.
본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적은, 편심축의 자전 방지 기구를 구성하는 부품의 접동 손실을 저감시키고, 마모나 손상, 접동음을 저감시킬 수 있는 스크롤 유체기계를 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해서, 케이싱과, 케이싱 안에 회전가능하게 설치된 회전축과, 회전축 안에 관통해서 설치되어, 회전축의 축선과 축선이 평행한 편심구멍과, 편심구멍에 베어링을 통해서 장착된 편심축을 구비(具備)하고, 회전축의 회전에 의해 편심축이 선회 운동하는 편심 구동 기구를 가지는 스크롤 유체기계에 있어서, 편심축이 자전하지 않도록 하기 위한 자전 방지 기구로서, 편심축의 끝부에 설치된 폭치수 보다 충분히 긴 길이치수를 갖는 긴 형상의 선회 키와, 선회 키가 끼워져서 접동(摺動)하기 위한 길이치수를 갖는 긴 형상의 구멍 및 상기 구멍의 긴 쪽 방향과 직교하는 방향으로 바깥쪽 및 양쪽으로 뻗은 링 키(ring key)를 가지는 링과, 케이싱에 설치되어, 링 키가 접동 하는 2개의 키 홈(key溝)을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 선회 키의 양끝의 일부만이 접동면이 되도록 해서 중간부의 폭이 양끝부보다 좁아져 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 링 키(ring key)의 양끝의 일부만을 두께 방향으로 튀어나오게 하여, 이 부분이 키 홈의 밑바닥에 접촉하도록 두께가 두껍게 되어 있고, 그 밖의 부분은 이보다 얇게 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 편심축의 끝부와 선회 키와의 사이에 선회판을 가지며, 선회판의 링 쪽의 면과, 링의 선회판 쪽의 면이 접촉하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 선회판과 링이 일부의 면만이 접촉하도록, 접촉부를 제외한 부분의 선회판과 링 중에서 적어도 한쪽이 파 들어가 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 선회 키, 구멍, 링 키, 키 홈 중에서 적어도 1개의 접동부에 DLC코팅이 처리되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 선회 키의 윗면에 기름받이구(口)가 설치되어 있고, 기름받이구와 연통하는 기름통로가 편심축 안에 설치되어 있고, 기름통로로부터 베어링에 급유하는 옆구멍(橫穴)이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련되는 스크롤 유체기계에 있어서는, 편심축의 자전 방지 기구를 구성하는 부품의 접동 손실을 저감시키고, 마모나 손상, 접동음을 저감시킬 수 있다.
(실시 예1)
도 1은 실시 예1의 스크롤 유체기계를 도시하는 개략단면도이다. 케이싱(1)에는 고정 스크롤(2)이 고정되어 있고, 고정 스크롤(2)에는 소용돌이 형상의 랩(wrap)(200)이 설치되어 있다. 또한, 케이싱(1)에는 고정자(stator)(4)가 고정되어 있고, 케이싱(1)에는 베어링 지지(100), (101)가 고정되어 있고, 베어링 지지(100), (101)에는 베어링(7)을 통해서 회전축(6)이 회전가능하게 지지가 되어 있고, 회전축(6)에는 회전자(rotor)(5)가 고정되어 있고, 고정자(4), 회전자(5) 등에 의해 모터가 구성되어 있다. 또한, 회전축(6) 안에는 관통해서 회전축(6)의 축선(軸線)과 축선이 평행한 편심구멍이 설치되어 있고, 회전축(6)의 편심구멍에는 베어링(8)을 통해서 편심축(선회축)(9)이 회전 가능하게 장착 지지가 되어 있고, 회전축(6)의 중심선과 편심축(9)의 중심선은 치우쳐져 있다. 즉, 편심축(9)은 회전축(6)과 편심해서 회전가능하게 지지가 되어 있다. 또한, 편심축(9)의 한쪽 끝에는 선회 스크롤(3)이 달려 있고, 선회 스크롤(3)에는 고정 스크롤(2)의 랩(200)과 동일 형상의 랩(300)이 설치되어 있고, 선회 스크롤(3)의 랩(300)과 고정 스크롤(2)의 랩(200)이 겹치고 있어서, 이에 의해 복수의 압축실이 형성되어 있고, 고정 스크롤(2)과 선회 스크롤(3)등에 의해 압축기 본체가 구성되어 있다.
한편, 편심축(9)의 편심 선회를 허용하면서 편심축(9)의 자전을 방지하는 자전 방지 기구에 대해서는, 나중에 상술한다.
또한, 케이싱(1)에는 흡입관(400)이 접속되어 있고, 고정 스크롤(2)에는 토출관(401)이 접속되어 있고, 흡입관(400)과 토출관(401)은 압축실과 연통하고 있다. 그리고 케이싱(1), 모터, 회전축(6), 편심축(9), 자전 방지 기구 등에 의해 편심 선회 구동장치가 구성되어 있다.
이 스크롤 유체기계에 있어서는 고정자(4)의 권선(捲線)에 전류가 통하면, 회전자(5) 및 회전축(6)이 회전하고, 편심축(9)은 회전축(6)의 중심선을 중심으로 해서 편심 선회는 하나, 후술(後述)의 자전 방지 기구가 설치되어 있기 때문에, 자전은 하지 않는다. 이로 인해, 편심축(9)과 선회 스크롤(3)은 케이싱(1)과 고정 스크롤(2)에 대하여 회전하지 않고 편심 선회하기 때문에, 선회 스크롤(3)과 고정 스크롤(2) 사이에 형성된 압축실은 서서히 축소한다. 따라서 공기 등의 피압축 가스는 흡입관(400)에서 흡인되고, 압축실에서 압축되어, 토출관(401)에서 토출된다.
다음으로, 편심축(9)의 자전을 방지하는 자전 방지 기구에 대해서 상술(詳述)한다.
도 2는 선회 키(11)를 도시한 도로서, (a)는 정면도, (b)는 측면도, (c)는 저면도이다. 도 3은 링(12)과 키 홈(13)을 도시한 도로서, (a)는 평면도, (b)는 정면도이다. 편심축(9)의 끝부, 즉, 도 1의 왼쪽에 선회판(10)이 고정되어 있고, 이 선회판(10)의 밑면에 폭치수보다 충분히 긴 길이치수(본 실시예에서는 폭치수의 약8배)를 갖는 긴 형상의 선회 키(11)가 설치되어 있다. 또한, 도 1과 도 3에서 도시하듯이 도 2의 선회 키(11)가 끼워 맞추어져 화살표A방향(도 3)으로 접동(摺動) 하기 위한 긴 형상의 구멍(12a)(구멍은 관통하지 않은 홈도 포함한다)과, 이 구멍(12a)의 긴 쪽 방향과 직교하는 방향으로 바깥쪽 및 양쪽으로 뻗은 링 키(12b)를 갖는 편심축(9)의 자전 방지용의 링(12)이 설치되어 있다. 그리고 이 링 키(12b)가 끼워 맞추어져 링(12)의 화살표B방향으로 접동하는 키 홈(더 정확히 말하면 키 홈을 가지는 부품)(13)이 케이싱(1)에 설치되어 있다.
이와 같이 본 실시 예에서는 편심축(9)이 자전하지 않도록 하기 위한 자전 방지 기구로서, 편심축(9)의 끝부에 마련된 긴 형상의 선회 키(11)(도 2)와, 선회 키(11)가 접동하는 긴 형상의 구멍(12a) 및 이 구멍(12a)의 긴 쪽 방향과 직교하는 방향으로 바깥쪽 및 양쪽으로 뻗은 링 키(12b)를 가지는 링(12)(도 3)과, 케이싱(1)에 설치되어서 링 키(12b)가 접동하는 2개의 키 홈(13)을 가진다. 또한, 편심축(9)의 끝부와 선회 키(11)와의 사이에 선회판(10)을 가지며, 이 선회판(10)의 링(12) 쪽의 면과, 링(12)의 선회판(10)쪽의 면이 접촉하여, 접동 하도록 되어 있다.
이러한 구성에 의해, 선회 키(11)는 링(12)에 대하여 접동하나 회전하지 않고, 링(12)은 케이싱(1)에 대하여 접동하나 회전하지 않으므로, 편심축(9)은 자전하지 않고 선회한다.
본 실시 예에서는, 편심축(9)의 끝부에 소정 길이의 긴 형상의 선회 키(11)를 설치했으므로, 자전 토크를 받는 선회 키(11)의 하중이 작아져, 접동 손실이 작아짐과 동시에, 선회 키(11) 및 키 홈(13)의 마모나 손상 및 접동음이 생기기 어려워진다. 즉, 본 실시 예에서는, 상기 특허문헌 1의 과제를 해결할 수 있다.
한편, 도시는 생략 하나, 선회판(10)과 링(12)이 일부의 면만이 접촉하도록, 접촉부를 제외한 부분의 선회판(10)과 링(12) 중에서 적어도 한쪽이 파 들어가 있어도 좋다. 이에 의해, 접동 손실이 작아져, 선회판(10) 및 링(12)의 마모나 손상 및 접동음이 생기기 어려워진다.
또한, 도시(圖示)는 생략하나, 선회 키(11), 링(12)의 구멍(12a), 링 키(12b), 그리고 키 홈(13) 중에서 적어도 1개의 접동부에 DLC(Diamond Like Carbon) 코팅 처리를 하는 것이 가능하다. 이에 의해 윤활유를 사용하지 않는 스크롤 유체기계에 있어서도, 자전 방지 기구의 접동부의 마모나 손상을 방지할 수 있고, 신뢰성이나 내구성을 확보할 수 있다.
(실시 예2)
도 4는 실시 예2를 도시하는 선회키(11)의 도(圖)로서, (a)는 정면도, (b)는 저면도이다. 실시 예2는 선회키(11)의 구조가 실시 예1과 다르다.
본 실시 예에서는, 선회 키(11)의 양끝의 일부(11a)만이 접동면이고, 중간부의 폭이 양끝부보다 좁아져 있다. 폭이 좁아져 있는 부분은, 원래 하중이 걸리지 않는 부분으로서, 이 부분과 링(12)의 긴 형상의 구멍(12a) 사이의 틈은, 윤활유를 유지하는 역할을 한다. 한편, 도시(圖示)는 생략하나, 선회 키(11)의 양끝의 일부(11a)를 두껍게 한 부분만을 접동면이 되도록 해서, 중간부의 두께를 양끝부보다 얇게 구성할 수도 있다.
선회판(10)의 링(12) 쪽 면은, 링(12)의 선회판(10)쪽 면과 접촉한다. 특히 선회판(10)의 일부(10a)의 부분의 선회 키(11) 양끝의 일부(11a)만을 옆(폭 방향)으로 튀어나오게 해서 구멍(12a) (도 3 참조)과 접촉시키면, 여분(余分)의 부분의 접촉이 없고, 접동 손실이나 접동음의 발생을 저감 시킬 수 있다.
(실시 예3)
도 5는 실시 예3을 도시하는 링(12)의 도(圖)로서, (a)는 저면도, (b)는 측면도이다. 실시 예3은 링(12)의 링 키(12b)의 구조가 실시 예1과 다르다.
본 실시 예에서는, 링(12)의 링 키(12b)의 양끝의 일부(12d)만을 두께 방향으로 튀어나오게 하여, 이 부분이 키 홈(13)의 밑바닥에 접촉하도록 두께가 두꺼워져 있고, 그 밖의 부분은 이보다 얇게 되어 있다. 이에 의해 링 키(12b)의 밑바닥면의 모든 면이 키 홈(13)의 밑바닥에 접촉해서 접동하는 경우와 비교하여, 접동 손실이나 접동음을 저감시킬 수 있다.
(실시 예4)
도 6은 실시 예4를 도시한 도(圖)로서, 도 1과 같은 스크롤 유체기계의 개략 단면도이다. 도 7은 실시 예4의 선회 키(11)(旋回 key)를 도시한 도로서, (a)는 정면도, (b)는 측면도, (c)는 저면도이다. 본 실시 예에서는, 고정 스크롤(2)의 내부에 기름 저장소(14)가 설치되어 있고 (기름 저장소(14)는, 압축기의 경우 토출실로 연통하고, 팽창기의 경우 흡입실로 연통한다), 기름 저장소(14)로부터 차압(差壓)에 의해 급유 통로(15)로 송유(送油) 되고, 급유 구멍(16), (17)으로부터 베어링(7)에 급유한다. 또한, 급유 통로(15)와 연통해서 주유구(注油口)(18)가 설치되어 있다. 그리고 선회 키(11)의 윗면에 기름받이구(口)(19)가　설치되어 있고, 기름받이구(19)는 주유구(18)의 아래쪽에 위치하고, 기름받이구(19)와 연통하는 기름 통로(20)가 편심축(9) 안에 설치되어 있고, 기름 통로(20)로부터 베어링(8)에 급유하 는 옆 구멍(橫穴)(22)이 설치되어 있다. 이러한 구성에 의해 모든 베어링(7),(8)에 급유 되므로, 당해 스크롤 유체기계의 신뢰성이나 내구성을 향상 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예 1의 스크롤 유체기계의 개략단면도.
도 2는 실시 예 1의 선회 키(11)의 도로서, (a)는 정면도, (b)는 측면도, (c)는 저면도
도 3은 실시 예 1의 링(12)과 키 홈(13)의 도로서, (a)는 표면도, (b)는 정면도
도 4는 실시 예 2의 선회 키(11)의 도로서, (a)는 정면도, (b)는 저면도.
도 5는 실시 예 3의 링(12)의 도로서, (a)는 저면도, (b)는 측면도
도 6은 실시 예 4의 스크롤 유체기계의 개략단면도.
도 7은 실시 예 4의 선회 키(11)의 도로서, (a)는 정면도, (b)는 측면도, (c)는 저면도

Claims (7)

  1. 케이싱과, 케이싱 안에 회전가능하게 설치된 회전축과, 회전축 안에 관통해서 설치되어, 회전축의 축선과 축선이 평행한 편심구멍과, 편심구멍에 베어링을 통해서 장착된 편심축을 구비하고, 회전축의 회전에 의해 편심축이 선회 운동하는 편심구동 기구를 가지는 스크롤 유체기계에 있어서,
    편심축이 자전하지 않도록 하기 위한 자전 방지 기구로서,
    편심축의 끝부에 마련된 폭치수보다 충분히 긴 길이 치수를 갖는 긴 형상의 선회 키와,
    선회 키가 끼워져서 접동(摺動)하기 위한 길이 치수를 갖는 긴 형상의 구멍 및 구멍의 긴 쪽 방향과 직교하는 방향에 바깥쪽 및 양쪽으로 뻗은 링 키를 가지는 링과,
    케이싱에 설치되어, 링 키가 접동하는 2개의 키 홈을 가지는 것을 특징으로 하는 스크롤 유체기계.
  2. 선회 키의 양끝의 일부만을 접동면이 되도록 하고, 중간부의 폭이 양(兩)끝부보다 좁아져 있는 것을 특징으로 하는 제1항의 스크롤 유체기계.
  3. 링 키의 양끝의 일부만을 두께 방향으로 튀어나오게 해서, 이 부분이 키 홈의 밑바닥에 접촉하도록 두께가 두껍게 되어 있고, 그 밖의 부분은 이보다 얇게 되어 있는 것을 특징으로 하는 제 1 항의 스크롤 유체기계.
  4. 편심축의 끝부와 선회 키와의 사이에 선회판을 가지며, 선회판의 링 쪽의 면과, 링의 선회판 쪽의 면이 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 제 1항의 스크롤 유체기계.
  5. 선회판과 링이 일부의 면만이 접촉하도록, 접촉부를 제외한 부분의 선회판과 링 중에서 적어도 한쪽이 파 들어가 있는 것을 특징으로 하는 제 4항의 스크롤 유체기계.
  6. 선회 키, 구멍, 링 키, 키 홈 중에서 적어도 1개의 접동부에 DLC코팅이 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 제1항의 스크롤 유체기계.
  7. 선회 키의 윗면에 기름받이구가 설치되어 있고, 기름받이구와 연통하는 기름통로가 편심축 안에 설치되어 있고, 기름통로로부터 베어링에 급유하는 옆 구멍이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 제1항 내지 제6항 중 어느 한 청구항에 기재된 스크롤 유체기계.
KR1020090046899A 2008-06-03 2009-05-28 스크롤 유체기계 KR101103490B1 (ko)

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JP2008145607A JP5238922B2 (ja) 2008-06-03 2008-06-03 スクロール流体機械

Publications (2)

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